Applications des nanoclusters de métaux nobles pour lediagnostic et la thérapie ciblée du cancer

Les nanoparticules d’or (Au NPs) ont montré des résultats prometteurs en nanomédecine appliquée à la cancérologie. Elles sont capables de s’accumuler dans les zones tumorales, d’induire un effet thérapeutique en délivrant des principes actifs ou un effet photo/radiothérapeutique grâce à leurs propriétés d’absorption d’énergie. Elles permettent aussi le diagnostic par différentes techniques d’imagerie. Cette double activité les définit comme des agents théranostics. Les nanoclusters d’or (Au NCs) forment une sous-famille intéressante de Au NPs. Ils sont composés d’une dizaine à une centaine d’atomes d’or stabilisés par des molécules organiques. Leur taille inférieure à ~8 nm leur permet d’être éliminé par les reins et d’avoir des propriétés de photoluminescence (PL) jusque dans l’infrarouge, une fenêtre spectrale adaptée à l’imagerie optique in vivo. Ils peuvent aussi induire la mort cellulaire sous irradiation en raison des propriétés intrinsèques de l’or. Leurs propriétés optiques, de circulation sanguine et d’accumulation tumorale sont sensibles à de faibles modifications de la taille des Au NCs et de leur chimie de surface. Actuellement, les résultats précliniques sont encore insuffisants pour espérer un transfert en clinique et il est nécessaire d’améliorer la caractérisation des Au NCs et d’étudier leur comportement in vitro et in vivo.Dans ce contexte, mon projet de thèse a consisté à fonctionnaliser ces Au NCs pour améliorer leur accumulation tumorale. La première stratégie repose sur l’auto-agrégation des Au NCs dans le microenvironnement tumoral. Pour cela la surface des Au NCs a été soit i) fonctionnalisée avec des molécules chimiques favorisant des réactions de chimie click bioorthogonale, soit ii) fonctionnalisée avec des monobrins d’oligonucléotides complémentaires pouvant s’hybrider. L’auto-agrégation des Au NCs en solution a confirmée l’augmentation de la PL par transfert d’énergie inter-particules. Cette propriété pourrait éventuellement améliorer l’effet thérapeutique, mais ils doivent encore être caractérisés in vivo. La seconde stratégie a consisté à augmenter l’affinité des Au NCs pour les cellules en ajoutant de l’arginine à la surface des Au NCs de façon contrôlée. En effet, l’arginine est connue pour favoriser l’interaction électrostatique avec les membranes plasmiques et l’internalisation cellulaire. Nous avons déterminé le seuil maximum d’arginine par Au NCs permettant d’augmenter la PL tout en conservant leur petite taille. Les meilleurs candidats ont une forte capacité d’interaction électrostatique avec des membranes artificielles même en présence de sérum, suggérant que l’opsonisation des Au NCs est faible. Leurs capacités d’interaction (< 5min) et d’internalisation (<30 min) sont rapides et ont été confirmées sur des cellules humaines de mélanome in vitro, sans toxicité notable. Cependant d’après une étude sur des sphéroïdes irradiés, l’ajout d’arginines aurait un effet « de pirégeage » sur la production d’espèces réactives oxygénées diminuant le pouvoir radiosensibilisant des Au NCs. La présence de charges positives sur les Au NCs contenant des arginines et leur capacité d’internalisation permettent aussi de les utiliser in vitro pour vectoriser des polymères anioniques tels que des siRNA. En revanche, ces Au NCs administrés par voie intraveineuse chez des souris porteuses de tumeurs sont tous éliminés extrêmement rapidement par voie rénale ce qui ne leur permet pas de s’accumuler suffisamment dans les tumeurs. Ces travaux démontrent donc que la fonctionnalisation des Au NCs influence fortement leurs propriétés optiques et physico-chimiques, leurs interactions avec les cellules et leurs effets théranostics. Il serait intéressant d’appliquer ces stratégies sur des Au NCs circulants plus longtemps dans le sang pour démontrer l’effet de ces fonctionnalisations sur l’accumulation tumorale.